大型鋼結(jié)構(gòu)廠房伸縮縫的優(yōu)化設(shè)計(jì)

王燕，劉欣梅

（中交天津港灣工程設(shè)計(jì)院有限公司，天津 300461）

近年來，一些奧運(yùn)場(chǎng)館、大型會(huì)展中心、劇院、航站樓、大型重鋼廠房等建筑的興建，推動(dòng)了鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展和應(yīng)用。鋼結(jié)構(gòu)廠房的尺度越來越多的超出規(guī)范允許的范圍，設(shè)置伸縮縫在所難免，傳統(tǒng)的解決方法就是采用雙柱，這種結(jié)構(gòu)形式工程造價(jià)高，同時(shí)后期使用有許多不便，本文通過優(yōu)化伸縮縫的設(shè)計(jì)，節(jié)約了工程造價(jià)，并且方便后期使用。

1 工程概況

本文所述預(yù)應(yīng)力混凝土管樁生產(chǎn)車間，位于天津市濱海新區(qū)漢沽區(qū)內(nèi)，工程總用地面積為125 815.60 m2，車間建筑面積39 307.87 m2，建筑層數(shù)為1層，建筑高度12.9 m。

平面尺寸為寬186 m，長264.2 m[1]。共6跨，軸線間距分別為30 m、30 m、33 m、33 m、30 m、30 m；典型柱距為8 m。每跨設(shè)置兩臺(tái)雙梁橋式吊車，起重量均為15 t+15 t。

2 設(shè)計(jì)條件

工程為大型項(xiàng)目等級(jí)，設(shè)計(jì)使用年限為50 a，建筑物耐火等級(jí)為二級(jí)，基本風(fēng)壓0.55 kN/m2，基本雪壓0.35 kN/m2。

抗震設(shè)防烈度8度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值0.20 g，設(shè)計(jì)地震分組第一組。建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)二級(jí)，建筑抗震設(shè)防類別丙類，鋼結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)三級(jí)。

剖面圖和平面圖如圖1。

3 伸縮縫方案優(yōu)選

根據(jù)現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB 50017—2003《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》第8.1.5條規(guī)定，本工程條件下允許的溫度區(qū)段長度為橫向120 m、縱向220 m[2]。故橫向和縱向均需要設(shè)置溫度收縮縫。本文主要介紹橫縫的優(yōu)化處理方法。

圖1 廠房示意圖

3.1 方案1設(shè)置雙柱

橫縫的傳統(tǒng)處理方法就是設(shè)置雙排柱[3]，由此把整個(gè)車間的上部結(jié)構(gòu)分成兩個(gè)獨(dú)立的受力體系，兩個(gè)結(jié)構(gòu)內(nèi)分別設(shè)置兩套柱間支撐和屋面支撐。而基礎(chǔ)不分開，伸縮縫處采用雙柱聯(lián)合基礎(chǔ)。伸縮縫處梁設(shè)置如圖2所示。

圖2 設(shè)置雙柱方案

3.2 方案2設(shè)置單柱

考慮采用單柱，伸縮縫處梁端設(shè)置滑動(dòng)支座，整個(gè)車間采用一個(gè)結(jié)構(gòu)受力體系，設(shè)置一套支撐系統(tǒng)。基礎(chǔ)按照單柱基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。伸縮縫處梁的設(shè)置如圖3所示。

圖3 設(shè)置單柱方案

3.3 方案比選

將兩種方案進(jìn)行對(duì)比：

1）由于方案2采用了單排柱，故可以節(jié)省車間內(nèi)結(jié)構(gòu)占用的空間，從而加大車間內(nèi)的使用面積、節(jié)省建筑物的占地面積；

2）經(jīng)過計(jì)算比較，在滿足規(guī)范要求的前提下，方案2節(jié)約用鋼量，從而節(jié)約工程造價(jià)；

3）由于方案1需要設(shè)置雙排柱，故需要配合設(shè)置兩個(gè)杯口和聯(lián)合基礎(chǔ)，混凝土用量和施工較方案2復(fù)雜。

通過對(duì)比，采用方案2處理伸縮縫，即設(shè)置單排柱、梁單側(cè)設(shè)置滑動(dòng)支座。

3.4 施工圖設(shè)計(jì)

對(duì)方案2設(shè)置單排柱的模型進(jìn)行力學(xué)簡化，如圖4所示。

遵循建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范、建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[2-5]的相關(guān)原則進(jìn)行計(jì)算和設(shè)計(jì)，得出方案2的設(shè)計(jì)施工圖如圖5所示。

圖4 單排柱模型力學(xué)簡化

圖5 設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)

4 工程造價(jià)

采用以上兩種方案均能實(shí)現(xiàn)伸縮縫的處理，但通過對(duì)兩種方案的上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)進(jìn)行工程造價(jià)的比較后顯示，采用優(yōu)化之后的伸縮縫處理方案能夠節(jié)約工程造價(jià)約11%，節(jié)約程度隨工程體量的增加而愈加明顯，因此，對(duì)于大型鋼結(jié)構(gòu)廠房來說，采用方案2單柱的處理方法，經(jīng)濟(jì)效益非常明顯。

5 實(shí)際應(yīng)用效果檢驗(yàn)

本工程采用方案2“設(shè)置單排柱、梁單側(cè)設(shè)置滑動(dòng)支座”來解決伸縮縫的設(shè)置，該車間于2012年1月施工完成，至今已經(jīng)使用1年多的時(shí)間。應(yīng)用過程中使用效果良好，實(shí)現(xiàn)了技術(shù)創(chuàng)新與工程實(shí)踐的有效結(jié)合。

6 結(jié)語

1）技術(shù)上實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)新：通過優(yōu)化伸縮縫的做法，采用一側(cè)剛接、一側(cè)滑動(dòng)支撐的屋面梁，并利用上柱挑出牛腿作為屋面梁的支座，實(shí)現(xiàn)了規(guī)范中伸縮縫的設(shè)計(jì)和要求，打破了伸縮縫采用雙柱處理的傳統(tǒng)方法，創(chuàng)新了大型鋼結(jié)構(gòu)廠房的伸縮縫設(shè)計(jì)。

2）經(jīng)濟(jì)效益明顯，節(jié)約了工程造價(jià)。通過本文的單柱伸縮縫設(shè)計(jì)方法與傳統(tǒng)雙柱處理方法的工程造價(jià)比較，能夠節(jié)約工程造價(jià)約11%。

3）單柱伸縮縫設(shè)計(jì)，節(jié)省廠房內(nèi)結(jié)構(gòu)占用的空間，從而增加廠房內(nèi)的使用面積，符合生產(chǎn)工藝發(fā)展需求，可以推廣使用。

[1]關(guān)于年產(chǎn)500萬米預(yù)應(yīng)力混凝土管樁生產(chǎn)基地的設(shè)計(jì)方案[R].天津：中交天津港灣工程設(shè)計(jì)院有限公司，2011.

[2]GB 50017—2003，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3]鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)（第三版）[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2004.

[4]GB 50011—2010，建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[5]GB 5009—2001，建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S].